Simulazione delle emissioni del motore
Un programma di ricerca strategica ha evidenziato il ruolo degli elicotteri come modalità di trasporto competitiva e abbordabile per il collegamento da un punto all’altro. I motori a turbina a gas sono pertanto stati sottoposti a severe normative sulle emissioni relative al rilascio di inquinanti. Dato che le emissioni stanno attirando sempre più l’attenzione, i ricercatori stanno lavorando allo sviluppo di strumenti computazionali che prevedono livelli di emissioni di gas di scarico in condizioni di volo e operative differenti. Rispetto a questa premessa, gli scienziati finanziati dall’UE hanno avviato il progetto EMICOPTER (“Emission analysis. Tools required to perform the emission analysis and evaluation methodology”) per sviluppare un potente strumento per prevedere le emissioni. Questo strumento non richiede parametri di messa a punto che lo rendano più affidabile, in particolare per le previsioni in condizioni in cui non sono disponibili informazioni sperimentali. Il progetto ha prodotto modelli dettagliati basati sui dati ottenuti dall’abbinamento della dinamica fluida e della cinetica utilizzate per le simulazioni di fluidodinamica computazionale (CFD). I dati CFD sono stati post-elaborati da uno strumento cinetico per descrivere con precisione e prevedere la formazione di inquinanti durante la combustione. È stata utilizzata anche una cinetica dettagliata per descrivere meglio il campo della temperatura all’interno del combustore, migliorando così il calcolo delle emissioni. Dato che questi calcoli richiedono una notevole quantità di tempo di elaborazione, sono stati sviluppati algoritmi numerici specifici. Dopo un’analisi accurata dell’avanguardia, gli scienziati hanno definito un carburante surrogato e sviluppato e convalidato la sua cinetica di combustione. Il meccanismo cinetico risultante ha rappresentato la molla per la costruzione di un database per i calcoli CFD. Questi erano basati sulla geometria di combustione di un motore specifico per elicottero. Questo motore particolare è stato studiato per caratterizzare la formazione di idrocarburi che riduce l’efficienza di combustione e di conseguenza aumenta la combustione di carburante e le emissioni di monossido di azoto (NOx). Le emissioni dal motore di NOx sono state calcolate in condizioni di regime minimo fino a massimo e confrontate con misurazioni sperimentali disponibili. I risultati hanno mostrato un accordo soddisfacente con i dati sperimentali ed evidenziato l’importanza del meccanismo cinetico utilizzato nella simulazione CFD. L’approccio proposto può essere usato non solo per valutare le emissioni dai motori esistenti, ma anche per progettare nuovi combustori con minori emissioni.
Parole chiave
Emissioni di inquinanti, motore per elicottero, cinetica, fluidodinamica computazionale, combustore, emissioni di monossido di azoto
